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Sonnensystem: Voyager 1 auf der letzten Etappe ihrer Reise

Die US-Raumsonde Voyager 1 wurde bereits 1977 gestartet und hat unser Planetensystem längst verlassen. Die Messungen des Magnetfelds und der geladenen Teilchen, die Voyager 1 erreichen, zeigen, dass sich die Sonde nun kurz vor dem interstellaren Raum befindet. In dieser Übergangszone verbinden sich die Magnetfeldlinen der Sonne mit solchen aus dem interstellaren Raum. Die Wissenschaftler der NASA hoffen, den Kontakt zu Voyager 1 noch solange aufrecht zu erhalten, bis sie das magnetische Einflussgebiet unseres Zentralgestirns endgültig verlassen hat.
Voyager 2

Die Raumsonde Voyager 1 befindet sich auf ihrer Reise aus dem Sonnensystem nun auf der letzten Etappe, bevor sie die Einflusssphäre der Sonne verlässt und in den interstellaren Raum vordringt. Die NASA hat Messergebnisse von Voyager 1 veröffentlicht, aus denen klar hervorgeht, was sich in der Umgebung der Sonde abspielt. Auf ihrer Reise hinaus zu den Sternen passierte die Sonde zuerst Jupiter und Saturn, dann verließ sie das Planetensystem und durchfliegt seit dem Start die Heliosphäre – ein Raumbereich, der vom Sonnenwind und dem Magnetfeld der Sonne dominiert wird.

Schwankungen in der Anzahl der geladenen Teilchen, die Voyager treffen, zeigen an, dass auch die Grenze zwischen dem interstellaren Magnetfeld und dem der Sonne schwankt.
Schwankungen auf der magnetischen Autobahn | Im August 2012 durchflog Voyager 1 einen Bereich, der "magnetische Autobahn" getauft wurde. In ihm verbinden sich die Magnetfeldlinien der Sonne mit Feldlinien aus dem interstellaren Raum. Entlang dieser Autobahn können geladene Teilchen sowohl in das Sonnensystem, aber auch aus ihm heraus geschleust werden. Die Messreihe oben zeigt, wie die Rate der Teilchen, die Voyager dabei treffen, schwankt. Dies liegt daran, dass die Lage der Grenze zwischen dem interstellaren Magnetfeld und demjenigen der Sonne ebenfalls variiert.
Inzwischen ist Voyager 1 mehr als 120-mal so weit von der Sonne entfernt wie unsere Erde. Die Sonde befindet sich damit in einer Region, in der sich die Magnetfeldlinien der Sonne bereits mit Feldlinien aus dem interstellaren Raum verbinden. Weil geladene Teilchen von Magnetfeldern abgelenkt werden und ihnen folgen, können entlang dieser Linien hochenergetische Teilchen aus dem Weltraum ins Sonnensystem gelangen – umgekehrt gelangen aber auch Teilchen aus dem Sonnensystem in den interstellaren Raum. Die Übergangsregion wurde daher "magnetische Autobahn" getauft.

Voyager 1 hat anbord ein Instrument, mit dem sie zählen kann, von wievielen kosmischen Teilchen sie getroffen wird.
Nachweis kosmischer Teilchen durch Voyager 1 | Diese beiden Diagramme zeigen, wie sich die Zählraten der von Voyager 1 registrierten geladenen Teilchen im August 2012 verändert haben. Im oberen Bild ist zu sehen, wie die Zählrate der kosmischen Teilchen gemäß der zunehmenden Entfernung von der Sonne allmählich ansteigt. Dieser Effekt geht darauf zurück, dass die Sonde immer schwächer durch das Magnetfeld der Sonne vor diesen Teilchen geschützt ist. Mitte des Jahres begann die Zählrate einströmender kosmischer Teilchen zu schwanken. Gegen Ende August setzte eine Stabilisierung ein. Am 25. August 2012 verzeichneten die Messgeräte (untere Grafik) einen dramatischen Abfall der Zählrate solarer Teilchen um mehr als einen Faktor 100.

Die untere Grafik zeigt in Rosa und Lila die Anzahl der geladenen Teilchen, die von der Sonne ausgehen und die Sonde erreichen. Nach dem 25. August 2012 lassen sich kaum noch solche Teilchen nachweisen. Auch die anormale kosmische Strahlung, die ebenfalls aus dem Einflussgebiet der Sonne stammt, sank zeitgleich ab. Diese Beobachtungen werden dadurch erklärt, dass die Sonde diese Teilchen zusammen mit dem Magnetfeld der Sonne hinter sich lässt.

Wissenschaftler schließen nun aus Messdaten von Voyager 1, dass sich die Sonde mittlerweile auf dieser magnetischen Autobahn befindet. Sowohl die Messungen der Stärke des Magnetfelds als auch das Zählen der geladenen Teilchen, von denen die Sonde getroffen wird, belegen, dass sich Voyager 1 kurz vor dem interstellaren Raum befindet.

Dass die Sonde das magnetische Einflussgebiet der Sonne verlässt, verriet sich durch ein Ansteigen der Stärke des Magnetfelds, das sie am 25. August 2012 durchquerte. Allerdings hat sich die Richtung des Felds noch nicht umgekehrt – was zu erwarten ist, sobald die Sonde in den interstellaren Raum eintritt. Eine Messung der geladenen Teilchen, welche die Sonde treffen, zeigte, dass der Abstand der Grenzschicht zwischen der Heliosphäre und dem interstellaren Raum zeitlich und räumlich variiert: Voyager 1 durchflog daher mehrmals die Grenzzone. Dies verriet sich jeweils dadurch, dass plötzlich weniger Teilchen des Sonnenwinds die Sonde trafen. Seit dem 25. August 2012 befindet sich Voyager 1 nun endgültig in einem Bereich, in dem sie kaum noch von den solaren Teilchen getroffen wird. Diese folgen den Magnetfeldlinien der Sonne. Da nun Voyager 1 jedoch das Magnetfeld der Sonne verlässt, kann sie nicht mehr von den solaren Teilchen getroffen werden. Edward Stone, ein Wissenschaftler des Voyager-Teams am California-Institute of Technology in Pasadena schätzt, dass es nun nur noch wenige Monate oder Jahre dauert, bis die Sonde endgültig den interstellaren Raum erreicht.

Die Sonde fand ein stärker werdendes Magnetfeld, was andeutet, dass sie in den interstellaren Raum vordringt.
Magnetfeldmessung von Voyager 1 | Diese drei Diagramme gingen aus Messungen der Raumsonde Voyager 1 Ende August 2012 hervor. Das obere Teilbild zeigt, wie die Stärke des Magnetfelds auf Voyagers Reise in den interstellaren Raum am 25. August (im Bild als Tag 238 eingetragen) zunimmt. Die unteren beiden Teilbilder belegen, dass die Richtung des Magnetfelds dabei konstant blieb. Sollte die Sonde den interstellaren Raum erreicht haben, so erwarten Wissenschaftler, dass sich die Richtung des Magnetfelds umkehrt. Bisher hat Voyager 1 den interstellaren Raum also noch nicht erreicht, befindet sich aber schon auf der Zielgeraden, wie der Anstieg der Magnetfeldstärke verrät.

Voyager 1 und ihre Schwestersonde Voyager 2 starteten bereits im Jahr 1977. Von der Erde aus gesehen befindet sich Voyager 1 im Sternbild Schlangenträger, das zur Zeit in der Abenddämmerung untergeht. Die NASA hofft mit Voyager 1 noch bis zum Jahr 2025 in Kontakt zu bleiben, bevor ihre Funksignale zu schwach werden und sich nicht mehr empfangen lassen. Bereits jetzt sind die Daten der Sonde rund 17 Stunden unterwegs, bis sie die Erde erreichen.

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  • Quellen
NASA-Pressemitteilung vom 3. Dezember 2012

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